Biomechaniker entschärfen Schäden an Bauteilen durch künstliche Risse Risse stoppen durch Aikido - scinexx | Das Wissensmagazin
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Biomechaniker entschärfen Schäden an Bauteilen durch künstliche Risse

Risse stoppen durch Aikido

Prinzip des Aikido-Risses. Er läuft quer zum ursprünglichen Riss und leitet damit die Spannung der Rissspitze um. © KIT

Wissenschaftler haben eine neuartige Risstherapie mit ungewöhnlichem Vorbild entwickelt: Statt den Riss zu stopfen, bringen sie einen weiteren, so genannten „Aikido“-Riss an. Dieser verhindert ein weiteres Ausbreiten des ursprünglichen Defekts in dem er die Spannung umleitet.

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Risse in Materialien sind nicht nur lästig, sie bedeuten auch eine Gefahr – denn sie schwächen die Stabilität eines Gebäudes oder mechanisch beanspruchten Bauteils. Pflanzt sich der Riss weiter fort und das Material bricht, können schwere Unfälle die Folge sein.

Bisher versuchte man kleinere Risse zu blockieren, indem die Risspitze durch ein rundes Loch wegbohrte. Dadurch sollte das Weiterwachsen des Risses unterbunden werden. Doch an Spannungsmaxima des runden Loches entstanden häufig wieder neue Risse. Zwar lassen sich diese ebenfalls zeitweise weggebohren, auf Dauer wird aber das Bauteil so immer weiter geschwächt.

Jetzt haben Biomechaniker am Institut für Materialforschung II im Karlsruher Institut für Technologie (KIT) eine neuartige Risstherapie mit ungewöhnlichem Vorbild entwickelt: Statt den Riss zu stopfen, bringen sie einen weiteren, so genannten „Aikido“-Riss an. Dieser läuft senkrecht zum ursprünglichen und trifft an dessen Spitze mit ihm zusammen. Aikido steht dabei für das Prinzip, die Kraft eines gegnerischen Angriffs nicht zu blocken sondern umzuleiten.

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Im Material wird durch den „Aikido“-Riss die Spannung so umgeleitet, dass die Risspitzen in Druckzonen des Bauteils enden, wo sie nicht weiter aufgedehnt, sondern sogar zusammengedrückt werden. Dadurch stoppt ihre Ausbreitung von selbst. „Wer seinem Reißverschluss am Hosenbund nicht traut, schnallt den Gürtel ein Loch enger“, veranschaulicht Professor Claus Mattheck, Leiter der Abteilung Biomechanik, das Verfahren. „Dadurch verringert man intuitiv gefährliche Querspannungen.“ Damit der neue „Aikido“-Riss seinerseits keine Sekundärrisse startet, wird er nach dem Vorbild der Natur formoptimiert.

Das die Methode funktioniert, haben die Forscher in Schwingversuchen bereits festgestellt. Bauteile konnten durch diese Behandlung von Rissen bis zu einem Faktor 35 länger weiterleben als nach Behandlung mit herkömmlichen Methoden. Mathematische Berechnungen bestätigen die drastische Verminderung der Spannungsspitzen.

(Karlsruher Institut für Technologie, 17.06.2008 – NPO)

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